Ген → Білок (Фермент) → Біохімічна реакція → Ознака захворювання

У організмі людини процеси обміну речовин контролюються генетично. Цей контроль забезпечується нервовою і гормональною регуляцією, а також ферментними білками. Всі типи білків організму запрограмовані нуклеотидною послідовністю ДНК. Унаслідок мутаційної зміни гена змінюється і структура білка, який синтезується під його контролем. Білок мутанта виявляється дефектним, в результаті не відбувається певної метаболічної реакції і виникає молекулярне захворювання. 

Відомі і інші механізми розвитку спадкових молекулярних хвороб. При дії на клітини організму ультрафіолетових променів, іонізуючої радіації або хімічних речовин в молекулі ДНК може статися утворення зв'язків між двома азотистими основами (утворення димерів тиміну і інших основ). У нормі вказані порушення усуваються репаративними системами клітини. При неповноцінності репаративних систем вказані димери не усуваються. Чим більше димерів піримідинів утворюється в клітині, тим менш життєздатною вона стає, що сприяє появі хвороб репарації ДНК. 

2. Розвиток науково-технічної революції поставило людство перед проблемою довготривалих і незворотних змін навколишнього середовища: скорочення площі лісів, забруднення вод річок, морів і океанів, забруднення атмосфери і ґрунту. Всі ці чинники порушують екологічну рівновагу на великих територіях і загрожують в цілому біосфері, часткою якої є людина.

Найбільшими забруднювачами антропогенного походження є пестициди, важкі метали, діоксид вуглецю, діоксид сірки, суспензії, розливи нафти, стічні води промислових підприємств, тверді відходи, хімічні добрива, органічні і радіоактивні відходи, міське сміття, міські шуми і так далі.

Забруднення середовища мутагенами стосується найдорогоціннішого, що створене еволюцією живої матерії – генетичної програми людини.

За попередню історію розвитку людства, головним чином за рахунок природного мутаційного процесу, вже накопичився генетичний тягар, що виражається у великому числі спадкових і генетично обумовлених захворювань, перелік яких перевищив чотири тисячі.

Чинниками, що індукують генетичні порушення, є мутагенні чинники фізичної природи, що діють в навколишньому середовищі людини. До фізичних чинників відносяться різні види іонізуючої радіації і ультрафіолетове випромінювання. Дослідження дії радіації на мутаційний процес показав, що порогові дози в цьому випадку відсутні, і навіть самі невеликі дози підвищують вірогідність виникнення мутацій в популяції.

Японські учені вивчили хромосомну аберацію в лейкоцитах крові людей, що піддалися атомному бомбардуванню в Хіросімі і Нагасакі. Вони показали, що перебудови в лейкоцитах виявляються навіть через 30 років після атомних вибухів. При цьому була показана чітка залежність частоти перебудов від 0,01 до 5,0 Гй. Загальна частота аберації виявилася вищою у людей, які постраждали від атомного вибуху у Хіросімі, чим у жителів Нагасакі, оскільки в першому випадку випромінювання містило велику домішку нейтронів, що опинилися ефективніше в індукції мутацій, чим у-випромінювання. Приведені цифри свідчать про генетичну небезпеку застосування ядерної зброї.

Генетичну небезпеку таїть не лише застосування ядерної енергії у військових цілях, але і її використання в мирних цілях, в разі аварійних ситуацій, що приводять до забруднення середовища радіоактивними випромінюваннями. Це вимагає постійного контролю за дотриманням правил експлуатації дослідницьких і промислових атомних реакторів.

Так, після пожежі і руйнування одного з енергетичних блоків на Чорнобильській АЕС проблема радіаційного забруднення стала гострою, тому що збільшилося число новонароджених в Україні з генетичними аномаліями.

Розвиток технології, що приводить до нових фізичних дій на навколишнє середовище: дія ультразвуку, струмів високої частоти, змінного магнітного поля і так далі, вимагає постійного генетико-токсикологічного контролю для своєчасного виявлення і запобігання генетичним наслідкам дії цих чинників.

Хімізація сільського господарства і інших областей людської діяльності, розвиток хімічної промисловості зумовили синтез величезного потоку речовин хімічної природи. До них відносяться пестициди, які володіють великою стійкістю до хімічного і біологічного розложення і мають високий рівень токсичності.

Застосування пестицидів таїть небезпеку для здоров'я людей і обумовлює збільшення генетичного тягаря. Досить широко поширені солі азотної кислоти (нітрати) біохімічно перетворюються на нітрити азотистої кислоти, що володіють мутагенною активністю. У кислотній середі шлунку ссавців з нітратів і аміносполук утворюються нитрозоб’єднання, які відносяться до класу так званих супермутагенів. У зв'язку з цим в багатьох країнах введено обмеження на використання нітриту натрію як консерванту м'ясних і рослинних продуктів.

Продукти побутової хімії, з якими людина стикається щодня в повсякденному житті, збільшують генетичний тягар в популяції. Окремі неперевірені ліки, токсичні з'єднання, які забруднюють воду, їжу і повітря також індукують хромосомні зміни. У людей, які професійно контактують з отрутохімікатами, спостерігається підвищення частоти хромосомних змін у потомстві.

Мутагенний ефект може бути наслідком дії забруднення атмосфери і води, виробничих відходів і вихлопних газів автомобілів, що містять алкіліруючі з'єднання, органічні сполуки ртуті і інші. Разом з фізичними і хімічними мутагенами генетичною активністю володіють також деякі чинники біологічної природи. Генетичні зміни в соматичних клітинах викликають віруси віспи, кору, вітряної віспи, краснухи, епідемічного паротиту, грипу, гепатиту, аденовірусу і інших. Виявлено, наприклад, що хромосомні мутації виникають частіше, під час спалаху різних вірусних захворювань. Наприклад, через 9 місяців після піку краснухи учені спостерігали пік народження дітей, хворих на синдром Дауна [24, 32, 40].

Також до біологічних чинників, які викликають хромосомні аномалії відноситься вакцинація. Завдяки введенню живих вакцин досягнуті великі успіхи в боротьбі з небезпечними інфекціями. В той же час широке розповсюдження вакцинації, що охоплює великі кількості людей і що нерідко проводяться повторно, підвищують небезпеку індукції мутації.

Алкоголь шкідливо впливає на здоров'ї і психіку людини, спотворює розвиток плоду, викликає порушення різних структур клітин, особливо ядерних. При цитогенетичних обстеженнях дітей в сім'ях алкоголіків була виявлена висока частота генетичних аномалій.

Можливо, що психічні травми і голодування, які передують зачаттю, підвищують частоту хромосомних аномалій. Описано явище залежності виникнення хромосомних хвороб у дітей від віку батьків, статі і інших чинників. Діти з синдромом Дауна народжуються у жінок 15-29 років з частотою 0,03%, у 30 - 34-річних - 0,11%, у 35 - 39-річних - 0,33%, а у жінок, старше 40 років - з частотою 1%. Тобто з віком матері вірогідність народження дитини з синдромом Дауна збільшується в 30 - 40 разів. Механізм такого вікового впливу до кінця не з'ясований. Може мати значення старіння жіночих гамет.

Ще одним внутрішнім чинником, що впливає на виникнення спадкового захворювання, є сімейна схильність. У сім'ях, що мали дітей з генетичною патологією при каріотипічно нормальних батьках, повторний ризик  народження  дитяти  з  цією ж   патологією  хоча і   не значно, але підвищений. У літературі описано багато таких випадків, проте конкретні причини цього явища залишаються нез’ясованими.

В даний час створені різні служби, які здійснюють контроль за екологічною і епідемічною ситуаціями в Україні. При існуючих заходах захисту учені передбачають, що щорік 0,05% новонароджених дітей матимуть важкі захворювання від домінантних і рецесивних мутацій, викликаних штучними джерелами радіації. Зростання частоти мутацій повинне викликати зростання спонтанних викиднів.

Поза сумнівом, що ці дані знаходяться в прямій залежності від збільшення забруднення мутагенами середи, що оточує людину.